p Duas folhas de carbono atomicamente finas empilhadas uma em cima da outra, chamado de grafeno bicamada, exibem propriedades únicas quando uma das camadas é torcida em um determinado ângulo - um ângulo "mágico". O estudo da magia e de outros desalinhamentos angulares entre duas camadas de material e seus efeitos nas propriedades do material foi apelidado de twistrônica, um campo em rápida expansão da física da matéria condensada. p Para trazer twistronics para a macroescala, uma equipe de pesquisadores da Penn State projetou um equivalente acústico do grafeno de dupla camada de ângulo mágico. O artigo deles foi recentemente aceito em Revisão Física B:Comunicações Rápidas .

p "O exame de análogos dos conceitos da física da matéria condensada pode nos dar novas idéias e aplicações em acústica, "disse Yun Jing, professor associado de acústica e engenharia biomédica.

p Em uma simulação, a equipe de pesquisa construiu o projeto acústico a partir de uma placa plana contendo um padrão hexagonal de orifícios análogo ao arranjo de átomos de grafeno em nanoescala. Eles adicionaram outra camada de placa semelhante ao grafeno, alinhando as placas, mas deixando um espaço de ar vertical entre as duas, e torceu a placa superior. Essa torção criou um padrão Moiré característico - também visto no grafeno de ângulo mágico típico - resultante de dois padrões semelhantes sobrepostos, onde um é ligeiramente girado ou deslocado.

p Os pesquisadores então simularam o movimento das ondas sonoras dentro da matriz. Eles descobriram que, à medida que as ondas se propagavam entre as placas em certos ângulos de torção, energia acústica concentrada em torno de áreas específicas do padrão Moiré, onde os orifícios nas camadas superior e inferior são alinhados. Esse comportamento, os pesquisadores disseram, espelhou o comportamento dos elétrons no grafeno de ângulo mágico na escala atômica.

p "Os elétrons que se movem através de materiais como o grafeno são matematicamente semelhantes às ondas acústicas que se movem pelo ar entre estruturas repetitivas, "disse Yuanchen Deng, doutoranda em acústica.

p Essas semelhanças podem ajudar os pesquisadores a explorar teoricamente outras aplicações do grafeno de ângulo mágico convencional, sem as restrições que vêm com os experimentos nele, a equipe disse. Seu sistema acústico seria mais fácil de fabricar em laboratório porque não é projetado em nanoescala, Jing disse, e a torção seria mais fácil de controlar devido ao tamanho maior da amostra.

p Os pesquisadores também descobriram que sua configuração criou novas possibilidades para explorar ângulos mágicos, para o qual a pesquisa existente se concentrou em pequenos ângulos abaixo de três graus. Os pesquisadores puderam manipular a distância entre as placas de grafeno para controlar o ângulo mágico - algo extremamente difícil para o grafeno de ângulo mágico em nanoescala. Os pesquisadores descobriram que seu desenvolvimento gerou um número muito maior de ângulos mágicos do que se pensava anteriormente.

p "Com um ângulo de torção maior, podemos reduzir o tamanho da estrutura, "Disse Jing." As amostras serão mais fáceis de simular e eventualmente fabricar. "

p A concentração de energia das ondas em certos locais da matriz acústica de grafeno pode ter aplicações para captação de energia. Se as placas de grafeno forem projetadas para serem piezoelétricas nas regiões onde a energia acústica está confinada, eles podiam converter energia mecânica de vibrações de ondas acústicas em energia elétrica. Com mais pesquisas, o grafeno de ângulo mágico acústico pode se tornar adequado para coletar energia em uma variedade de cenários.

p Os pesquisadores planejam examinar novas possibilidades para o grafeno de ângulo mágico acústico, bem como expandir suas pesquisas em áreas relacionadas a diferentes tipos de ondas.

p "Trazendo essa configuração de bicamada para a escala macroscópica, você pode experimentar diferentes estruturas e ondas, "Deng disse." Nosso sistema é acústico, mas pode fornecer feedback para qualquer sistema que use funções matemáticas semelhantes às equações de onda. "